西北大学计算机网络复习资料拟.docx

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西北大学计算机网络复习资料拟

计算机网络复习

一、计算机网络概论3

（一）计算机的形成与发展3

（二）计算机网络定义与分类3

（三）计算机网络结构4

（四）计算机网络的拓补构型4

（五）分组交换技术4

（六）典型的计算机网络5

（七）计算机网络-类似系统5

二、网络体系结构与网络协议5

（一）网络体系结构的基本概念5

（二）OSI参考模型6

（三）TCP/IP参考模型7

（四）OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较7

三、物理层8

（一）物理层的定义与功能8

（二）物理层的特性8

（三）物理层接口8

（四）数据编码技术8

（五）信道速率的极限值9

（六）多路复用技术9

四、数据链路层9

（一）差错产生与差错控制方法9

（二）数据链路层基本概念10

（三）面向字符型数据链路层传输协议10

（四）HDLCi面向比特型数据链路层协议实例11

（五）INTERNET中的数据链路层12

（六）滑动窗口协议13

五、介质访问控制子层13

（一）局域网与城域网的基本概念13

（二）ETHERNET局域网14

（三）令牌总线和令牌环网15

（四）高速以太网15

（五）交换式局域网15

（六）无线局域网15

（七）虚拟局域网VLAN16

（八）局域网互联与网桥16

六、网络层17

（一）网络层与网络互联的基本概念17

（二）IP地址17

（三）IP协议20

（四）分组交付与路由选择21

（五）INTERNET勺路由选择协议22

（六）路由器与第三层交换技术24

（七）ICMP协议…网络控制报文协议25

（八）IP多播与IGMP协议26

（九）ARP协议26

（十）IPV6协议26

七、传输层27

（一）传输层的基本概念27

（二）网络协议中分布式进程通信的基本概念28

（三）用户报文协议---UDP30

（四）TCP--传输控制协议31

计算机网络

一、计算机网络概论

（一）计算机的形成与发展

1计算机网络分为四个阶段：

20世纪50年代，计算机技术与通信技术结合，发展岀来计算机通信网络。

20世纪60年代，ARPA网，分组交换技术发展。

20世纪70年代，广域网、局域网、公用分组交换网的发展，网络体系结构和网络协议标准化迫在眉睫。

20世纪90年代，INTERNET高速网络，无线网络，与网络安全技术的兴起。

2INTERNET是通过【路由器】实现多个广域网、城域网、局域网互联的大型网际网，它的

前身和骨干网络是ARPA网。

3作为用户接入网的网络主要有3类：

计算机网络，电信通信网，广播电视网。

”三网合一

宽带城域网成本低，使得界限越来越模糊。

410Mbps以太网（Enternet）100Mbps、快速以太网（FastEnternet）、IGbps吉比特以太网

5基于Web的Internet应用高速发展；对等的网络p2p，没有客户与服务器之分。

（二）计算机网络定义与分类

1.计算机网络的资源共享观点概念定义是：

以能够相互共享资源的方式互联起来的自主计算机的集合。

有三个基本特征：

计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；

互联计算机是分布在不同地理位置的多台独立的自制计算机；

联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。

2.

数据子网

计算机网络

.‘J\f

通信子网

虚电路

2.计算机网络按传输技术分类，分为广播式网络、点对点式网络

按网络覆盖范围进行分类，局域网、城域网、广域网

局域网又分为：

共享式局域网、交换式局域网

有线局域网、无线局域网

（三）计算机网络结构

1.早期的计算机网络主要是广域网。

2.计算机网络网络要完成【数据处理】和【数据通信】两大基本功能

资源子网负责数据处理”主机”

通信子网负责数据通信”路由、线路”

局域网、城域网、广域网之间的互联通过【路由器】实现。

（四）计算机网络的拓补构型

1.计算机网络拓补是通过网中介点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，以反映岀网络中各实体之间的结构关系；

拓补要解决的问题是在给定计算机的位置并保证一定的网络响应时间、吞吐量、可靠性的条件下通过选择适当的线路、线路容量与链接方式，使整个网络【结构合理】、【成本低廉】。

2.计算机网络拓补的分类

广播信道通信子网分为总线型、树状、环状、无线通信与卫星通信型。

P2p线路通信子网分为星状、环状、树状、网状。

其中网状拓补构型又称无规则型，链接任意、无规则，可靠性高。

但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制算法。

（五）分组交换技术

1.通信子网分为线路交换与存储转发交换两种，其中存储转发交换分为报文与分组报文两种。

线路交换包括，线路建立、数据传输、线路释放三个阶段，是专用的。

系统实时性强、适用于交互式会话、但是不具备数据存储、效率低、不具备差错控制、不能平滑通信量。

存储转发方式要将数据、目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网。

通信子网的节点时通信控制处理机，负责数据单元的接收、差错检验、路由选择和转发。

分组报文报文分组长度端，易发现错误，有利于提高存储空间利用率与传输效率。

2.分组交换技术分为数据报与虚电路两种方式。

数据报同一报文的不同分组可能通过不同路径；到达可能岀现乱序、丢失、重复现象；每个分组必须带目的地址与源地址；延迟较大。

虚电路要构建一条逻辑连接；通信的所有分组按照顺序发送，不会乱序，重复，丢失；分组通过时不用通过路由选择，只需进行差错检查；每个节点可与任何节点建立多条虚电路链接。

但这种电路不是专用的。

（六）典型的计算机网络

1.ARPA网分组交换设备最后成为INTERNET主干网络转向TCP/IP

2.IEEE802.16无线宽带网络

3.IEEE802.11无线局域网络

4.IEEE802.15蓝牙网络微微网一个中心节点7个从节点255个静观节点

5.Adhoc与传感网结合成为无线传感网络

6.网格计算将INTERNET上的一些资源互联，形成一个大的可相互利用、合作的高性能计算网。

分为计算型和访问型。

（七）计算机网络-类似系统

1.与分时系统相比，计算机网络每台计算机地位平等、资源共享每台计算机都能独立工作；而分时系统主机以分时方式为终端服务，终端完全依赖主机，资源高度集中，且终端之间无联系。

2.与多机系统相比设备耦合度低、分布相对较远、传输速度快、用途为资源共享；多机系统用于科学计算。

3.与分布式系统相比，非协调性，且各计算机非透明的；而分布式系统在同一的分布式OS的

调度下。

二、网络体系结构与网络协议

（一）网络体系结构的基本概念

1.网络协议是一组控制数据通信的规则，这些规则规定数据的格式和时序。

网络协议由语法、语意、时序组成。

2.层次，层次是处理复杂问题的基本方法。

将总体要实现的很多功能分配在不同的层次；每个层次要完成的服务及实现都有明确的规定；不同地区的系统分成不同的层次；不同系统的同等层次具有相同的功能，高层使用低层提供的服务时不需要知道服务的具体实现。

3.接口是同一节点不同层次交换信息的连接点。

4.计算机网络体系结构是指网络层次结构模型与各层协议的集合。

5.网络采用层次结构有以下好处：

各层之间相互独立（无需知道低层的过程）

灵活性好（某层产生变化，其它层不被影响）

各层可以采用最适用的技术

易于维护与实现

有利于标准化

（二）OSI参考模型

1.OSI参考模型在1974年有ISO国际标准化组织提岀。

其划分层次的主要规则：

各节点具有相同的层次不同节点的同等层次完成相同的功能同一节点的相邻层通过接口通信每一层使用下一层提供的服务并为上一层提供服务不同节点的同等层通过协议完成通信

2.OSI参考模型将网络分为7层：

物理层：

保证相邻节点的比特流传输单位：

比特

数据链路层：

无差错的数据传输单位：

帧流控、差错控制、成帧

网络层：

路由选择、拥塞控制、创建逻辑电路单位：

分组报文

传输层：

向用户提供可靠地端到端的服务，屏蔽了下层节点数据通信的细节，是最重

要的一层单位：

报文

会话层：

负责两节点间会话的建立、管理和终止及数据交换单位：

数据单元

表示层：

加密及解密，压缩及解压缩单位：

数据单元

应用层：

为应用程式提供网络服务单位：

数据

3.

每层的功能通过该层协议前的报头实现将数据向下层传输之前要加上该层的报头

物理层的数据流中包含着用户数据与多层的嵌套报头

多层嵌套的报头体现了网络层次结构的思想

3.面向连接服务的数据连接类似一个通信管道，此种方法数据收发的次序不变，传输的可靠性好，但协议复杂，通信效率不高。

4.无连接服务的可靠性不好，但通信协议简单，通信效率高

5.再接受每个分组后向节点发送分组确认信息的机制叫做确认重传机制

（三）TCP/IP参考模型

1.TCP/IP协议不是OSI标准，但确实目前最流行的商业化协议，被公认为当前工业标准或“事

实上的标准”

2.TCP/IP协议的特点：

开放的协议标准，可以免费使用，独立于计算机硬件和操作系统

独立于特定的网络硬件拥有良好的兼容性

统一的网络地址分配方案，所有网络设备在Internet中都有唯一的地址

3.TCP/IP分为四层，分别是主机-网络层、互联层、传输层、应用层

主机-网络层负责通过网络发送和接受IP数据报，它包括各种类型的物理层协议，体现

岀良好的兼容性与适应性

互联层负责将报文分组发送到目的主机。

它要处理来自传输层的分组发送请求，要处理接受的数据报，要处理互联的路由选择、流控与拥塞

传输层负责在应用层之间建立端到端的通信。

其中UDP是一种不可靠的无连接协议，

他不要求分组顺序到达，顺序检查交由应用层去做，而TCP/IP是面向连接协议，互联

层的分组由传输层还原发给应用层

应用层是参考协议的最高层，它包括了所有的高层协议，主要有以下几种：

远程登录协议（TELNET文件传输协议（FTP）、简单邮件传送协议（SMTP）、域名系统（DNS）、简单网络管理协议（SNMP）、超文本传送协议（HTTP）

（四）OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较

1.OSI参考模型与协议缺乏市场与商业动力，结构复杂，实现周期长，运行效率低

2.TCP/IP参考模型在服务、接口与协议的区别上很不清楚，且主机-网络层并不是实际的一层，

它定义了网络层与数据链路层的接口

三、物理层

（一）物理层的定义与功能

1.物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特流传输的物理连接。

物理层的功能是：

在两个设备之间提供透明的比特流传输。

2.几点说明：

连接方式：

点到点通信线路广播信道

通信方式：

单工半双工全双工

位传输方式：

单行并行

（二）物理层的特性

1.机械特性：

定义物理连接的边界点，即接插装置，规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况

2.电气特性：

规定传输二进位时，线路上信号的电压高低、阻抗体配、传输速率和距离限制

3.功能特性：

定义各条物理线路的功能，功能分为：

数据、控制、定时、地

4.规程特性：

主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系

（三）物理层接口

1.物理层接口的地位与作用：

将数据帧转换为适用于某种传输媒体传输比特流的接口

（四）数据编码技术

1.数据编码分为逻辑数据编码，数字数据编码，逻辑数字编码分为振幅键控、移频键控、移相键控。

数字编码分为非归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。

将数字型号变化为模拟信号的过程叫做调制，反之叫做解调。

2.模拟数据编码：

振幅键控、移频键控、移相键控

振幅键控（ASK）实现容易、技术简单，但抗干扰能力差

移频键控（FSK实现容易、技术简单、抗干扰能力强，是目前最常用的调制方法之一

移相键控（PSK）分为绝对调相、相对调相、多相调制

3.数字数据编码：

非归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码

非归零吗（NRZ）:

高电为1,低电为0。

无法判断一位的开始与结束，收发双方不能同步

曼彻斯特编码（MC）前1/2T为反码后1/2T为原码。

可以收发同步信号，但效率较低,

若传送速率是10Mbps则时钟频率为20MHz

差分曼彻斯特编码（DM）变为1,不变为0

4.脉冲编码调制方法是模拟数据数字化的主要方法

（五）信道速率的极限值

1.Rmax=2f（bps）

2.Rmax=B*log2（1+S/N

（六）多路复用技术

1.频分多路复用

2.波分多路复用

3.时分多路复用

四、数据链路层

（一）差错产生与差错控制方法

1.设计链路层的原因：

在原始的物理传输线路上传输数据信号是有差错的

设计数据链路层的主要目的是在原始的，有差错的物理传输线路的举岀上进行差错检测、差错控制与流量控制的方法，将其改为无差错的数据链路，以便向网络层提供高质量的服务

物理层以上各层都有改善数据传输质量的增韧，数据链路层是最重要的一层

2.我们将通过通信信道后接收数据与发送数据不一致的现象成为传输差错，差错的产生是不可避免的。

3.通信信道的噪声分为两类：

热噪声和冲击噪声，热噪声是一种随机噪声，由传输介质导体的电子热运动产生，时刻存在，幅度较小，强度与频率无关；冲击噪声是由外界电磁干扰引起，冲击噪声的幅度较大，是引起传输差错的主要原因

4.传输错误是正常的和不可避免的，但是要控制在一个允许的范围内；要求误码率越低，则设备就会越复杂，相应造价越高；对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制位，需要折合成二进制位计算；差错的岀现有随机性，要传输二进制位数大了才能真正接近误码率

5.检错码与纠错码，纠错码通过足够多的冗余信息来发现与自动纠正错误，检错吗通过在每一个分组加上一定的冗余信息在收端可以根据这些冗余信息发现传输差错，但不能确定在那个或者哪个部位岀错。

纠错码虽然有优越之处但是实现困难，检错码需要重传机制达到纠错目的但实现简单。

6.循环冗余编码（CRC码）：

常见的检错码有奇偶码循环冗余编码，奇偶码简单最常见，但检错能力差，一边适用于通信要求不高的网络环境

CRC循环冗余编码是应用最广泛的检错码编码方式，具有检错能力强，容易实现的特点。

循环冗余编码具体实现见书p105页

循环冗余编码特点：

能检查岀全部的单个错误

能检查岀所有离散的二位错误

能检查岀全部的技术错误

能检查岀全部长度小于或等于k位的突发错误

能以（1-（1/2）E（k-1））的概率查岀k+1位的错误

7.差错控制机制-反馈重发机制（ARQ）

发送端要保存信息的副本

若数据传输成功返回ACK

若数据传输失败返回NAK

收到NAK时则根据保留的副本重新发送，知道正确或达到最大的发送数分为停等式ARQ和连续式ARQ,连续式ARQ分为拉回方式与选择重发方式选择重发方式效率高

（二）数据链路层基本概念

1.物理线路是由通信设备与传输介质构成，有差错、不可靠

数据链路是由实现协议的硬件（网卡）、软件、与物理线路构成，无差错、可靠物理线路传输的基本单位是比特流

数据脸熟传输的基本单位是帧

2.数据链路层的功能：

链路管理：

负责链路的建立、维护与释放

帧同步：

判断确定帧的起始位与结束位

流量控制：

发送的速度必须使对方来得及接受

差错控制：

发现与纠正错误

透明传输：

数据帧是任意的，不得误认为成控制信息

寻址：

确保找到正确的目的节点与源节点

（三）面向字符型数据链路层传输协议

数据链路层协议分为两类：

面向字符型与面向比特型

1.面向字符型协议有两个明显的缺点：

使用不同字符集的两台计算机很难使用此类协议完成通信

控制字符的编码不能岀现在用户数据段中

2.面向字符型协议实例：

BSC二进制同步同步协议

为了解决第二个明显缺点，采用了转义字符

面向字符型协议属于停等型的数据链路层协议，这种协议的主要缺点有，效率低下，链路上只能存在一个未被确认的帧

（四）HDLC画向比特型数据链路层协议实例

1.BSC协议的缺点：

控制保文和数据报文不一致

协议规定双方采用停止等待方式，收发双方交替工作，协议效率低，通信线路利用率低

协议只对数据部分进行差错控制，可靠性较差

功能扩展困难

2.数据链路有两种配置方式：

平衡配置方式和非平衡配置

非平衡配置方式即为主站-从站结构，有正常响应状态和异步响应状态两种，正常响应模式主站可以随时向从站发送数据，从站只有在主站发送探寻帧的时候发送数据帧。

异步响应模式从站随时可以发，但是主站要负责数据链路的初始化、建立、释放与差错恢复功能。

平衡模式链路两端都为复合站

3.HDLC的帧结构

标志字段F

（8位）

地址字段A

（8/16位）

控制字段C

（8位）

信息字段I（长度可变）

帧校验字段FCS

（16/32位）

标志字段F

（8位）

表示帧的开始与结束

表示站地址

标明帧的类型

采用0比特插入删除是网络层的用户数据

CRC校验

CRC-CCITT

校验范围是ACI段

表示帧的开始与结束

■I.

0

N（S）

P/F

-

N（R）

1

0

监控

P/F

J

N（R）

1

1

未分酉己

P/F

未分酉己

利用0比特插入/删除实现透明传输（发送方在信息字段每5个1插入1个0,接收方

每五个1删除一个0）

当暂时无信息传输时传送F使收端和发端同步

地址字段A首位为1表示8位，为0表示16位，最多可以表示256个站地址

FCS帧校验字段为A段的起始到I段的结束

4.信息帧I:

控制字段第一位为0,b1-b3为N（S）b4为P/F,b5-b7为N（R）

N（S）表示当前发送信息帧的序号，N（R）表示已正确接受序号为N（R）-1的帧

P/F为探寻终止位

5.监控帧S有四种功能0-3分别对应接受准备就绪、为准备好、拒绝、选择拒绝

6.无编号U帧主要起控制作用已定义了15个无编号帧

（5）INTERNE中的数据链路层

1.Internet中的数据链路层协议主要有两种，串行线路IP协议（SLIP与点对点（PPP协议

他们主要用于串行通信的拨号线路

2.PPP协议可以提供一下集中功能

用于串行链路的基于HDLC数据帧封装机制

链路控制协议（LCP）用于建立、配置、管理和测试链路连接

网路控制协议（NCP）用于建立和配置不同的网络层

3.PPP协议帧结构

标志字段F

（7E）

地址字段A

（FF）

控制字段C

（03）

协议字段

信息字段1

帧校验字段

FCS

标志字段F

（7E）

1B

1B

1B

2B

1500B

2B

1B

协议字段表示网络层协议数据域的类型。

常用的有0021HTCP/IP0023HOSI0027HDEC

4.PPP链路控制帧协议字段为C021表示

个人计算机通过PPP协议接入Internet分3步

计算机通过调制解调器呼叫ISP的路由器

路由器端的调制解调器回答呼叫后建立物理连接

计算机向路由器发送链路控制帧用来指定PPP协议的数据链路选项

5.PPP网络控制帧协议字段为8021表示

网络控制帧可以用来协商是否采用CSLIP协议，也可以动态协商确定链路每端的IP地址

网络空指帧可以配置网层，并获得一个临时的IP地址，当用户要结束访问时，网络控制真

要断开网络连接并释放IP地址，然后使用链路控制帧来断开链路连接

6.PPP协议是面向字节的，有认证功能，可使用同步端口传输，也可使用异步端口传输

PAP两次握手，明文方式验证

CHAP三次握手，只在网络上传输用户名，不传输口令

PAP认证简单、由被认证方发起、明文发送用户名和密码

CHAP认证复杂、密文格式发送、由认证方发起

（六）滑动窗口协议

单帧停止等待协议与多帧连续发送协议

1.单帧停止等待一次一帧，确认再发第二帧，错误重发

总时延=传播时延+发送时延+处理时延

传播延时一定是，数据越大效率越高

2.滑动窗口协议

可以应用在数据链路层和传输层用于

在不可靠的链路（网路）上进行可靠的传输

保证传输的谁许

支持流量控制

分为发送窗口和接受窗口

发送窗口下延是最老的已发送帧但未确认帧，上延是最新发送帧

通过协调发送窗口与接受窗口的值来实现流量控制

回退n帧窗口大小均不能大于2En-1

选择重传的发送接受窗口若相等则窗口大小不能大于2En-1

五、介质访问控制子层

（一）局域网与城域网的基本概念

1.决定局域网与城域网的三要素：

网络拓补、传输介质与介质访问控制方法（介质访问控制协议MAC）

局域网与广域网不同，存储转发方式改为共享介质与交换方式

2.局域网的网络拓补主要分为总线型、星形与环形

总线型拓补实现容易、结构简单、可靠性好、易于拓展

所有节点通过网卡连接到作为传输介质的总线上

总线通常采用双绞线、同轴电缆作为传输介质

所有节点通过总线发送数据帧，同一时间只能有一个节点发送

3.802.2定义的共享介质局域网共有以下三类：

带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法的局域网

令牌总线（TOKENBUS方法的总线型局域网

令牌环（TOKENRING方法的环形局域网

共享式局域网

建立在共享介质上介质访问控制用来保证每个节点公平

每个节点的平均带宽随着节点增多而急剧减少

通信负担家伙总是，冲突和重发概率急剧增加

4.802标准将数据链路层分为LLC逻辑链路控制子层与MAC介质访问控制子层

不同局域网可以在MAC采用不同的协议，在LLC层必须采用相同的协议

这样划分使得逻辑链路控制与介质无关，而MAC决定何种类型局域网

（二）ETHERNE局域网

1.ETHERNET的核心技术是随机征用型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访

问控制（CSMA/CD）方法。

它的核心技术起源于无线分组交换网-ALOHA网，最大重发数为

16

2.带有载波监听多路访问控制（CSMA）方法分为三类

不坚持CSMA一旦监听忙，不坚持，延迟一个随机时间

1坚持CSMA一旦监听忙，坚持监听，一台空闲，发送

P坚持CSMA一旦监听空闲，以P概率发送数据，以（1-P）概率延迟一段时间再次监听

CDMA/CD载波监听多路访问控制/带冲突检测

先听后发边听边发冲突停发延时重发

最短帧要大于等于二倍的到最远端的距离

冲突检测的两种方法：

比较法、编码违例判断法

3.ETHERNET网点的帧结构

前导码帧前界定符目的地址源地址类型数据帧校验

7B

1010..10

1B

10101011

6B

6B

2B

46-1500B

4B

4.ENTERNET物理地址

ENTERNET物理地址编码语序分配的ETHERNET物理地址应该有2E47个，可以保证全球所